Till innehåll på sidan

A Position Control-based Approach to Stiff Objects Haptic Rendering

Tid: Ti 2021-06-08 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/68373273535, Stockholm (English)

Ämnesområde: Maskinkonstruktion

Respondent: Yang Wang , Maskinelement, Maskinkonstruktion (Avd.)

Opponent: Professor Anders Robertsson, Lund University

Handledare: Professor Kjell Andersson, Mekatronik, Maskinkonstruktion, Maskinelement, Maskinkonstruktion (Avd.); Lei Feng, Maskinkonstruktion (Avd.), Inbyggda styrsystem, KTH-centrum inom inbyggda system, ICES, Mekatronik, Maskinelement

Exportera till kalender

Abstract

Under senare år har vi haft en trend att elektronik blir allt mer kraftfull och portabel och samtidigt mer tillgänglig för större grupper av konsumenter. Detta har även medfört att utveckling och användning av applikationer inom ”Virtual Reality” och ”Mixed Reality” har ökat och även medfört förändringar för industriella tillämpningar av simulatorer där syftet är att träna upp olika slags färdigheter hos användaren.

Även om det inte är fullt accepterat med kirurgiska robotar, haptisk kraftåterkoppling kan introduceras på ett säkert sätt för simulatorer inom kirurgi och innefatta de haptiska sinnen som behövs för att utveckla koordination mellan syn och rörelse och även motoriska färdigheter.

Det är dock fortfarande en utmaning att på ett stabilt sätt återge en kontakt med ett objekt med en hård yta med de haptiska enheter som finns kommersiellt  tillgängliga idag.

Passivitetsbaserade ansatser är vanligt förkommande för att lösa problemet med stabilitet, men ger ett alltför konservativt beteende. Vi behöver därför nya ansatser för att utvärdera alternativa sätt att återge hög kontaktstyvhet utan att äventyra stabiliteten.

Den här avhandlingen föreslår en ansats för haptisk kraftåtergivning som är baserad på att använda ett reglersystem för lägeskontroll där reglersystemet beräknar den kraft som ska återkopplas till användaren när kontakt inträffar med ett styvt objekt. 

Istället för att beräkna den interaktionskraft som försöker efterlikna den verkliga kontakten och förhindra att man tränger in i materialet strävar den här ansatsen efter att förhindra penetrering genom att använda ett reglersystem för lägeskontroll för att beräkna kraften.

För att skapa en generell ansats som kan anpassas och appliceras på andra mekanismer än den vi använt som testcase har vi tillämpat ett angreppssätt där vi först skapar en implicit simuleringsmodell som därefter linjäriseras för en eller flera positioner inom arbetsrymden. Därigenom kan det dynamiska beteendet för systemet beskrivas i form av en eller flera linjäriserade modeller. 

För att utvärdera ansatsen har olika scenarios studerats där olika störsignaler har använts. Ett antal utvärderingskriteria har definierats och nyttjas som bas för utvärdering av prestanda och jämförelse med andra ansatser.

Resultaten visar att den utvecklade ansatsen kan med ett stabilt beteende, återge klart högre krafter och därmed en mer realistisk känsla än den traditionella metoden att beräkna kraften baserat på en fjäder-dämparmodell, när interaktion sker med ett styvt objekt i en virtuell värld.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294237